Приводной механизм для перемещения двустворчатых ворот. На­ибольшее распространение в качестве приводов двустворчатых во-

2.2. Приводной механизм для перемещения двустворчатых ворот. На­ибольшее распространение в качестве приводов двустворчатых во-

рот получили плоские шарнирные механизмы - кривошипно - шатунные, реечные, штанговые. наряду с этими механизмами применяются также канатные механизмы, которые установлены на отдельных шлюзах.

Кривошипно - шатунные механизмы (рисунок 17) применяются при ши­рине камеры шлюза, не превышающей 22м, для камер с шириной 18м они наиболее рациональны, так как имеют кривошипное колесо небольшого размера.

Механизм имеет шарнирно прикрепленную к колесу тягу - шатун, со­единенно шарнирно со створкой примерно на 1/3 ее длинны от оси ве­реяльного столба. Соединение шатуна - штанги с полотном и ведущим колесом выполняется эластичным при помощи упругого звена - пакета тарельчатых пружин, встроенных в звено. Диаметр большого колеса вы­бирается с таким расчетом, чтобы при перемещении створки из закры­того положения в открытое и обратно колесо поворачивалось на угол 180^о - 200^о. Пакет тарельчатых пружин позволяет осуществлять дожим створки за счет деформации пружин, а также уменьшает пиковые дина­мические нагрузки, появляющие в период пуска механизма и при его стопорении.

Основное достоинство кривошипно - шатунного механизма (рисунок

18) - плавность изменения скорости ( от нуля в начале движения с возрастанием примерно по синусоидальному закону до среднего положе­ния створки и уменьшения до нуля в конце движения по тому же закону ). Такой характер движения створок необходим для получения правиль­ного и спокойного створения ворот. Кривошипно - шатунный механизм в силу указанных кинематических достоинств дают минимальное ускорения и силы инерции в период неустановившихся режимов.

Такие механизмы наиболее безопасны в действии, доступны для ос­мотра и ремонта и удобны в эксплуатации. Недостатком их является то обстоятельство, что тяговое усилие прикладывается к верхнему ригелю на растоянии 1/4 - 1/3 его длинны ( считая от оси вращения полотна ) в то время как равнодействующая сопротивлений движению полотна ворот находящихся в нижней его части. Момент, изгибающий полотно в направлении, перпендикулярном его плоскости, тем больше, чем выше отметка верхнего ригеля ворот над уровнем нижнего бъефа и чем боль­ше высота ворот.

К числу недостатков этих механизмов следует отнести также появ­ление значительных тяговых усилий в шатуне, большие размеры ведуще­го колеса ( диаметр колеса достигает 5 -7м ), что связано с увели­чением площади устоев.

2.3. Определение мощности и выбор электродвигателя для электро-

механического привода двустворчатых ворот судоходного шлюза.

Электроприводы основных механизмов судоходных гидротехнических сооружений являются ответственными элементами электрооборудования шлюзов. Несоответствие выбранного привода технологическому режиму, неполный счет факторов, воздействующих на привод в процессе эксплу­атации, может привести к сбоям в работе, перерывам в шлюзовании и даже к аварии на шлюзе. Учитывая, что выход из строя шлюза приводит к частичному или полному ( на одиночны шлюзах ) прекращения судап­ропуска, вопрос правильного выбора электропривода, и, в частности, электродвигателя - основного элемента привода - является весьма полным и актуальным.

Выбор электродвигателя для шлюзовых механизмов производится на основание предварительно построенного графика нагрузки. Затем выб­ранный электродвигатель подвергается проверкам. Если электродвига­тель не удовлетворяет какой - либо проверки, то необходимо взять другой и вновь произвести все проверки.

2.3.1. Исходные данные. h_к = 18 м; ширина камеры; Н_м = 15 м; высота створки; h = 5 м; заглубление створки; Dh_с = 0,15 м; перепад на створку;

i_з = 2300; передаточное число редуктора и открытых зубчатых пере дач;

h = 0,74; КПД редуктора и открытых зубчатых передач;

F_доп = 55*10⁴ Н; допустимое усилие в тяговом органе;

Df_з = 20 рад; приведенный к валу двигателя зазор в передачах;

С = 18*10⁶ Н/м; жесткость демпферных пружин; t_с = 80 с; продолжительность закрытия ворот;

2.3.2. Определение статических моментов сопротивления.

Створки ворот, перемещаются в воде, испытывает знакопеременные нагрузки, вызванные влиянием внешних факторов.

Учитывая, что двигатель должен преодолеть эти нагрузки, момент его на валу будет также изменятся в довольно широких пределах. Поэ­тому, для правильного выбора двигателей необходимо знать область изменения статического момента сопротивления.

При движении в установившемся режиме на створку ворот действует нагрузка, в которую входят следующие составляющие; - момент от силы трения в пяте и гальсбанде ( М_тр ); - момент сил ветровой нагрузки ( М_в ); - момент сил, вызванных, гидростатическим давлением воды на створку ( М_h ); - момент сил вызванных воздействием масс воды при движении створки ( М_г ), который включает: моменты сил, вызванных изменением инерции присоединенных к створке масс воды:

Момент от сил трения определяется по выражению ( в Нм ):

М_тр = 2/3*f₁*F_n*r_n+f₂*F_г*r_г; где

f₁ = 0,25 - коэффициент трения пятового устройства;

f₂ = 0,5 - коэффициент трения гальсбанда;

r_n = 0,2 м - радиус пяты;

r_г = 0,1 м - радиус гальсбанда;

F_n = G+g*h_m*l - реакция в пяте; ( Н )

G - вес створки; ( Н )

G = 500*(H_n*l)^3/2

^{g = 4000 ( H/m2 ) - удельная нагрузка на створку, создаваемая механизмами и людьми, находящимися на мостике ворот;}

l = 0,5*h_к/cos20² - длинна створки; ( м )

h_m = 1,2 ( м ) - ширина мостика;

F_г = F_n*l/(2*H_n) - усилие в галсбанде; ( Н )

l = 0,5*h /cos20 = 0,5*18/0,44 = 9,57 ( m )

G = 500*(H_n+l)^3/2 = 500*(15*9,57)^3/2 = 859958,2 ( H )

F_n = G+g*h_m*l = 859958,2+4000*1,2*9,57 = 905889,2 ( H )

F_г = F_n*l/(2*H_n) = 905889,2*9,57/(2*15) = 288978,6 ( H )

M_тр = 2/3*f₁*F_n*r_n+f₂*F_г*r_г = 2/3*0,25*905889,2*0,2+0,5*

*288978,6*0,1 = 44645,2 ( Н*м )

Момент сил ветровой нагрузки определяется по формуле;

М_в = 0,5*к_о*g_о*l²*(H_n-h)*sinQ; в ( Н*м ) где

К_о = 1,4 - коэффициент обтекания;

g_о = 150 ( Н*м² ) - скоростной ветровой напор;

Q = угол поворота створки ( Q = 0^о - при открытом положении во­рот );

Значение НВ рекомендуется определять через каждые 10^о угла пово­рота створки ( полный угол поворота створки составляет 70^о ).

Гидростатическое давление воды на створку создается из - за пе­репадов уровней воды, которые возникают в следствие инерционных ко­лебаний воды в бъефе, вызванных наполнением апоражнением камеры шлюза, преждевременного начала открывания ворот до полного выравни­вания уровней воды в камере и подходном канале из-за наличия пог­решностей в водомерных приборах, а также вследствие разности отме­ток уровней в камере и бъефе при запоре и выпуске воды помимо под­ходных каналов. Следует иметь в виду, что перепады уровней воды возникают практически только в интервале угла поворота от 50^о до 70^о.

Величина момента, вызванного перепадом, расчитывается по формуле в ( Н*м );

M_h = 0,5*Dh_c*l^2*h*Y_в, где.

Y_в = 9,81*10³ ( Н*м^-3 ) - удельный вес воды

M_h = 0,5*0,15*9,52²*5*9810 = 336918 ( Н*м );

при Q = 0^о М_в = 0 ( Н*м )

при Q = 10^о М_в = 0,5*1,4*150*9,57*(15-5)*sin10^о = 16698,7 ( Н*м )

Данные расчеты ведутся через 10^о. результаты расчета сводятся в таблицу;

Момент сил, вызванных воздействием масс воды движением створки ( М_г ), зависит от скорости движения створки, ее положения, заглубле­ния и кинематической схемы. Точный расчет этого момента сложен. Од­нако с достаточной для инженерных расчетов точностью величину М_г можно принять постоянной во всем диапазоне угла Q, равной:

М_г = 0,2*336918 = 67383,6 ( Н*м )

Определив все вышесказанные моменты, строится график зависимости статического момента сопротивления на оси створки от ее угла пово­рота. Очевидно, что в зависимости от направления ветра и перепада момента М_h и М_в могут как препятствовать, так и способствовать дви­жению створки. В соответствии с этим график М_с(Q) = М_тр+М_г+М_h+М_в строится для двух случаев:

- моменты М_h и М_в препятствуют движению;

- моменты М_h и М_в способствуют движению;

График М_с(Q)строятся через 10^о угла поворота створки: ( рисунок 19 ).